水泥凝结硬化机理

5.1.4 凝结硬化机理

水泥凝结硬化流程图，见动画演示

凝结：水泥浆→完全失去浆体塑性

硬化：水泥浆从完全失去塑性→强度增长

一、水泥的水化反应

2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2

2(2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2

3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O

4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O→3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O

部分水化铝酸钙与石膏作用产生如下反应：

3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O

主要水化产物：

水化硅酸钙凝胶 70%

水化铁酸钙凝胶

水化铝酸钙晶体

氢氧化钙晶体 20%

水化硫铝酸钙晶体 7%

石膏的缓凝作用在于：

水泥的矿物组成中铝酸三钙水化速度最快，铝酸三钙在饱和的石灰——石膏溶液中生成溶解

度极低的水化硫铝酸钙晶体，包围在水泥颗粒的表面形成一层薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部进行扩散，延缓了水泥熟料颗粒，特别是铝酸三钙的继续水化，从而达到缓凝的目的。

二、水泥凝结硬化的物理化学过程

水泥与水拌合后，熟料颗粒表面迅速与水发生反应，因为水化物生成速度大于水化物向溶液扩散的速度，于是生成的水化产物在水泥颗粒表面堆积，这层水化物称为凝胶膜层，这就构成了最初的凝胶结构。

动画演示

1、由于Ca2+的渗透，凝胶膜层破裂，使得

2、由于颗粒表面暴露出来，又与水发生化学反应，由于水化物生成速度大于其扩散速度，故在颗粒表面又堆积了大量的凝胶，这个反应不断进行下去，就生成了外面包裹着厚厚一层凝胶膜的新凝胶结构。

3、随着反应的继续进行，水份逐渐减少，凝胶结构分子间距离减少，吸引力越来越大，粘结力增大，使浆体失去塑性，开始凝结。

4、水份越来越少，浆体稠度增大，微粒之间距离越来越小，由于分子间相互作用力—粘结力，互相结合，破坏了无规则排列，变为有规则排列，晶体产生。

5、晶体、胶体相互交错成网状，晶体起主要的承力骨架作用，胶体起胶结作用，二者共同生长，紧密结合，形成坚固致密的水泥石。

6、强度不断增大。

三、水泥石的组成

硬化后的水泥石

凝胶体（凝胶和晶体）

未水化水泥颗粒内核

毛细孔

四、影响硅酸盐水泥的凝结硬化的因素

矿物组

成

细度

用水量

养护时

间

温度和

湿度

1、熟料矿物组成的影响

硅酸盐水泥的四种熟料矿物中，C3A,C3S的水化和凝结硬化速度最快，因此它们含量越高，则水泥凝结硬化越快。

2、水泥细度的影响

水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度、干缩及水化热等，水泥颗粒越细，水化作用的发展就越迅速而充分，使凝结硬化的速度加快，早期强度也就越高。但水泥颗粒过细，硬化时产生的收缩亦较大。

3、拌合加水量的影响

拌合水越多，硬化水泥石中的毛细孔就越多，凝结硬化越慢，强度越低。

4、养护湿度和温度的影响

用水泥拌制的砂浆和混凝土，在浇灌后应注意保持潮湿状态，以利获得和增加强度。提高温度可加速水化反应。

5、养护龄期的影响

水泥的水化硬化是一个较长时期不断进行的过程，所以水泥在3～14d内强度增长较快，28d 后增长缓慢。